Hidrojen yakıt hücrelerinin geleceği

İlk başlarda hidrojen yakıt hücreleri çoğunlukla havacılık ve askeri amaçlar için kullanılıyordu. Daha sonra, büyük potansiyel avantajları göz önüne alındığında ve ulaşımda giderek artan ciddi çevre kirliliğine yanıt olarak, otomotiv güç ünitelerinde uygulanmasına yönelik araştırmalar yapıldı.

Bugün dünya, hidrojen yakıt hücrelerinde hızlı teknolojik ilerlemelere ve dikkate değer sonuçlara tanıklık etmekte olup, bu hücreler halihazırda parlak gelişme beklentileri göstermektedir. Elektrikli araçların önündeki en önemli teknik engelin uzun bir süre daha yanan otomobiller olması nedeniyle, hidrojen yakıt hücreleri insanlara bir tür umut veriyor.

Dünya otomotiv endüstrisinde yıllarca çeşitli yeni enerji araç teknolojisi seçeneklerinin denenmesinden sonra, akademik camiadan bazıları, hidrojen yakıt pillerinin üstün çevre dostu ve yüksek enerji verimliliğine dayalı olarak dünya otomobillerinin nihai hedefi ve yeni enerji araçları için nihai çözüm olabileceğini ileri sürmüştür.

Hidrojen yakıt hücreli araçların başlıca avantajları

Temel avantajlar

Mükemmel çevre dostu. Sürüş sırasında sadece saf su yayan ve başka hiçbir zararlı madde yaymayan Toyota MIRAI'yi ele alalım. Buna ek olarak, ikili karbon politikası, küresel çevre sağlığı gereklilikleri ve anormal iklim değişikliği, dikkatimizi hidrojen yakıt hücreleri üzerinde yeni enerji araçlarının geliştirilmesine odaklamamıza neden oldu ve sonuçta hidrojen yakıt hücreleri olağanüstü çevre dostu olması açısından daha önemli hale geldi.

Ancak aynı zamanda henüz çok sayıda hidrojen yakıt ikmal istasyonu ve hidrojen enerjili araç bulunmadığı ve maliyetler hala yüksek olduğu için.

Enerji verimliliği özellikle yüksektir. Hidrojen yakıt hücresinin çalışma prensibi açısından, bir ısı motoru sürecinden geçmeden güç üretir, termal bir döngüye tabi değildir ve esasen ısı salınımı veya ısı enerjisi kaybı yoktur. Sonuç olarak, enerji dönüşüm verimliliği 60% veya 70%'ye veya daha da yükseğe ulaşabilir.

Hidrojen enerji kaynakları bol miktarda bulunmaktadır. Hidrojen ayrıca gezegende her yerde bulunur ve onu üretmek için bol miktarda kaynak ve çeşitli yollar vardır.

Bunu başarmak için kullanılabilecek teknik araçlar açısından hidrojen, rüzgar ve güneş enerjisi de dahil olmak üzere temiz yenilenebilir enerji kaynaklarından suyun elektroliziyle ya da ışık kullanılarak doğrudan hidrojen üretimiyle üretilebilir.
hidrojen yakıt hücreleri yüksek düzeyde sürüş konforuna sahiptir.

Geleneksel araçlarla karşılaştırıldığında, yakıt hücreli araçlarda güç aktarma organlarında mekanik titreşim ve ısı yayılımı sorunları yoktur, bu da yalnızca aracın ilgili parçalarının daha uzun hizmet ömrüne ve daha yüksek güvenilirliğe sahip olmasını sağlamakla kalmaz, aynı zamanda aracın sorunsuz çalışmasını da sağlar.

Saf elektrikli araçlara kıyasla benzersiz avantajlar

Yakıt hücrelerinin bilimsel ve rasyonel çalışma prensibine dayanan hidrojen yakıt hücreleri, saf elektrikli araçların menzil sınırlaması ve kolay ateşlenmenin güvenlik tehlikesi gibi bazı önemli kusurlarını temelde önler.

Küçük menzil sınırlamaları. Yakıt hücreli bir otomobilin "bataryası" yalnızca elektrik üretir, ancak depolamaz. Aksine, hidrojen yakıt hücrelerine sürekli olarak hidrojen sağlandığı sürece, tahrik sistemi aracı sürmek için yeterli elektrik elde edebilir.

Hidrojen enerjisinin yoğunluğu gaz ve dizelin yaklaşık 2-3 katı, elektrikli araçlar için ise lityum iyonun 10 katıdır. 5 kg hidrojen deposu 400 km boyunca hidrojen yakıt hücrelerini destekleyebilirken, aynı kilometreye sahip saf elektrikli bir araç yarım ton batarya ağırlığına sahip olacaktır.

Hidrojen yakıt hücreleri güvenli ve çevre dostudur. Hidrojen yakıt hücreleri ince bir lityum pil ayırıcı bir kutup plakası ile sandviçlenmiştir. Teorik olarak, hidrojen yakıt hücrelerinin maksimum sıcaklığı pratikte 100 santigrat dereceyi aşmayacaktır ve akü soğutmasıcaklık daha da düşük olacaktır.

Hidrojen yakıt hücrelerinin tüm yaşam döngüleri boyunca çevresel etkilerine ilişkin olarak, bir bütün olarak, bileşen malzemeler esasen toksik değildir ve bunların hazırlanması, kullanımı ve geri dönüşümünde herhangi bir çevresel kirlenme söz konusu değildir.

Hidrojen yakıt hücresinin geliştirilmesindeki zorluklar

Yukarıda bahsedilen pek çok avantaja rağmen, hidrojen yakıt pilleri sonuçta tamamen yenilikçi ve devrimci bir teknoloji ürünüdür ve kaçınılmaz olarak kusurlar ve iyileştirilmesi gereken alanlar olacaktır.

Hidrojen yakıt hücreli motorların teknik performansının önemli ölçüde iyileştirilmesi gerekmektedir

Erken aşamada, hidrojen yakıt hücreli batarya motorunun teknik performansı zayıftı ve gerçek gereksinimleri karşılamak için esas olarak aşağıdaki yönlerden büyük ölçüde iyileştirilmesi gerekiyordu.

İlk olarak, hidrojen yakıt hücrelerinin güç yoğunluğu düşüktür ve tüm hidrojen yakıt hücreleri motorunun güç çıkışı sınırlıdır.

İkinci olarak, hidrojen yakıt hücreli motorun dayanıklılığı zayıftır. Ön aşamada, hidrojen yakıt hücreli motorların uluslararası hizmet ömrü genellikle 3.000 saati geçmemektedir ve 2020 hedefi 5.000 saattir, bu da gerçek uygulamadan küçük bir boşluk değildir.

Üçüncüsü, hidrojen yakıt hücreli motorun özellikle düşük sıcaklıklarda çevresel uyumluluğu zayıftır, bu da çalıştırmayı zorlaştırır ve menzili azaltır.

Yüksek sistem güvenilirliği gereksinimleri

Hidrojen yakıt hücreli motorun yeterince büyük bir güç çıkışına sahip olması için, yüzlerce ayrı hidrojen yakıt hücresinin bir yakıt hücresi yığını oluşturmak üzere bir araya getirilmesi gerekir; bu da yalnızca her bir parçanın önceden tutarlı bir kaliteye sahip olmasını değil, aynı zamanda hiçbir hataya izin verilmediğinde pillerin paralel veya seri olmasını da gerektirir.

Sonuç

Mart 2022'de Çin, stratejik bir kalkınma odağı olarak hidrojen yakıt hücreleri enerjisi hakkında bir rapor yayınladı ve yerel yönetimler olumlu yanıt vererek birçok yerde hidrojen yakıt hücreleri ve atılım yapılması gereken sekiz temel bileşen için sübvansiyon programları yayınladı.

Sermaye yatırımı ve birleşme ve satın almalar ise çoğunlukla hidrojen yakıt hücreleri, güç yığınları, membran elektrotları ve proton değişim membranlarına odaklandı.